(57)【要約】【課題】  チャネルの方向を一方向に揃えなくても一定の応答速度を有するＴＦＴが作製可能な針状結晶群を生成することのできる結晶化装置。【解決手段】  本発明の光照射装置は、入射光の位相を変調するための光変調素子（１）と、光変調素子と被照射面（４）との間に配置されて、被照射面上に所定の光強度分布を形成するための結像光学系（３）とを備えている。光変調素子は、単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が第１方向に沿って変化する第１面積率変化構造と、単位領域における位相変調領域の占有面積の比率が第１方向とは異なる第２方向に沿って変化する第２面積率変化構造とを有する。【選択図】  図１
2007258685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光強度分布を有する光を被照射面に照射する光照射装置であって、
入射光の位相を変調して射出するための光変調素子と、
前記光変調素子と前記被照射面との間に配置されて、前記被照射面を前記光強度分布を有する光で照射するように前記射出された光を結像させるための結像光学系とを具備し、
前記光変調素子は、第１面積率変化構造と第２面積率変化構造とを含む複数の面積率変化構造を単位領域内に有し、前記第１面積率変化構造は、占有面積の比率が第１方向に沿って変化する少なくとも１つの第１の位相変調領域を有し、前記第２面積率変化構造は、占有面積の比率が前記第１方向とは異なる第２方向に沿って変化する少なくとも１つの第２位相変調領域を有する光照射装置。
【請求項２】
前記第１方向と前記第２方向とは互いにほぼ直交している請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記第１面積率変化構造は、各々が前記第１方向に沿って一列に並んだ複数の第１の単位領域を含み、前記第１方向とほぼ直交する方向に沿って配設された複数の第１の帯状パターンを有し、
前記第２面積率変化構造は、各々が前記第２方向に沿って一列に並んだ複数の第２の単位領域を含み、前記第２方向とほぼ直交する方向に沿って配設された複数の第２の帯状パターンを有する請求項１または２に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記第１面積率変化構造と前記第２面積率変化構造との少なくとも一方の前記複数の帯状パターンの前記占有面積の比率変化は、互いに実質的に同じ形態を有する請求項３に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記第１面積率変化構造と前記第２面積率変化構造との少なくとも一方の前記複数の帯状パターンの前記帯状パターンの前記占有面積の比率変化は、少なくとも１つの帯状パターンと、他の複数の帯状パターンとで実質的に異なる請求項３に記載の光照射装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの帯状パターンは、前記少なくとも一方の面積率変化構造の、前記第１方向とほぼ直交する方向の少なくとも一端側に位置する端側帯状パターンを含み、他の複数の帯状パターンは、前記少なくとも一方の面積率変化構造の、前記第１方向とほぼ直交する方向の中心側に位置する中心側帯状パターンを含む請求項５に記載の光照射装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの帯状パターンの一部の領域における前記占有面積の比率は、前記複数の他の帯状パターンにおいて対応する領域における前記占有面積の比率よりも小さい請求項５または６に記載の光照射装置。
【請求項８】
光強度分布を有する光を被照射面に照射する光照射装置であって、
入射光を変調するための光変調素子と、
前記光変調素子と前記被照射面との間に配置されて、前記被照射面上に前記光強度分布を形成するための結像光学系とを具備し、
前記光変調素子は、第１方向に沿って光強度が変化する第１光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも１つの第１変調領域と、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って光強度が変化する第２光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも１つの第２変調領域とを少なくとも含む複数の変調領域を有する光照射装置。
【請求項９】
前記第１方向と前記第２方向とは互いにほぼ直交している請求項８に記載の光照射装置。
【請求項１０】
入射光の位相を変調する光変調素子と、該光変調素子と被照射面との間に配置された結像光学系とを用いて、所定の光強度分布を有する光を前記被照射面に照射する光照射方法であって、
前記光変調素子として、単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が第１方向に沿って変化する少なくとも１つの第１面積率変化構造と、単位領域における位相変調領域の占有面積の比率が前記第１方向とは異なる第２方向に沿って変化する少なくとも１つの第２面積率変化構造とを少なくとも有する光変調素子を用いる光照射方法。
【請求項１１】
入射光を変調する光変調素子と、該光変調素子と被照射面との間に配置された結像光学系とを用いて、所定の光強度分布を有する光を前記被照射面に照射する光照射方法であって、
前記光変調素子として、第１方向に沿って光強度が変化する第１光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも１つの第１変調領域と、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って光強度が変化する第２光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも１つの第２変調領域とを少なくとも有する光変調素子を用いる光照射方法。
【請求項１２】
請求項１もしくは８に記載の光照射装置と、非単結晶半導体膜を、これの照射面が前記被照射面となるように、保持するためのステージとを備え、前記非単結晶半導体膜の照射面に前記光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜にする結晶化装置。
【請求項１３】
請求項１もしくは８に記載の光照射装置、あるいは請求項１０または１１に記載の光照射方法を用いて、前記被照射面に保持された非単結晶半導体膜の少なくとも一部に前記光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜にする結晶化方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の結晶化方法を用いて製造された半導体デバイス。
【請求項１５】
入射光の位相を変調する光変調素子であって、
単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が第１方向に沿って変化する少なくとも１つの第１面積率変化構造と、単位領域における位相変調領域の占有面積の比率が前記第１方向とは異なる第２方向に沿って変化する少なくとも１つの第２面積率変化構造とを含む複数の面積率変化構造を具備する光変調素子。
【請求項１６】
前記第１方向と前記第２方向とは互いにほぼ直交している請求項１５に記載の光変調素子。
【請求項１７】
前記第１面積率変化構造は、各々が前記第１方向に沿って一列に並んだ複数の第１の単位領域を含み、前記第１方向とほぼ直交する方向に沿って配設された複数の第１の帯状パターンを有し、
前記第２面積率変化構造は、各々が前記第２方向に沿って一列に並んだ複数の第２の単位領域を含み、前記第２方向とほぼ直交する方向に沿って配設された複数の第２の帯状パターンを有する請求項１５または１６に記載の光変調素子。
【請求項１８】
前記第１面積率変化構造と前記第２面積率変化構造との少なくとも一方の前記複数の帯状パターンの前記占有面積の比率変化は、互いに実質的に同じ形態を有する請求項１７に記載の光変調素子。
【請求項１９】
前記第１面積率変化構造と前記第２面積率変化構造との少なくとも一方の前記複数の帯状パターンの前記帯状パターンの前記占有面積の比率変化は、少なくとも１つの帯状パターンと、他の複数の帯状パターンとで実質的に異なる請求項１７に記載の光変調素子。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの帯状パターンは、前記少なくとも一方の面積率変化構造の、前記第１方向とほぼ直交する方向の少なくとも一端側に位置する端側帯状パターンを含み、他の複数の帯状パターンは、前記少なくとも一方の面積率変化構造の、前記第１方向とほぼ直交する方向の中心側に位置する中心側帯状パターンを含む請求項１９に記載の光変調素子。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの帯状パターンは、前記少なくとも一方の面積率変化構造の、前記第１方向とほぼ直交する方向の両端側に位置する端側帯状パターンを含み、他の複数の帯状パターンは、これら端側帯状パターン間に位置する中心側帯状パターンを含む請求項１９に記載の光変調素子。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの帯状パターンの一部の領域における前記占有面積の比率は、前記複数の他の帯状パターンにおいて対応する領域における前記占有面積の比率よりも小さい請求項１９ないし２１のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項２３】
入射光を変調する光変調素子であって、
第１方向に沿って光強度が変化する第１光強度分布を被照射面の一部に生成する少なくとも１つの第１変調領域と、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って光強度が変化する第２光強度分布を前記被照射面の他部に生成する少なくとも１つの第２変調領域とを具備する光変調素子。
【請求項２４】
前記第１方向と前記第２方向とは互いにほぼ直交している請求項２３に記載の光変調素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射装置、光照射方法、結晶化装置、結晶化方法、半導体デバイス、および光変調素子に関し、例えば、所定の光強度分布を有するレーザ光を非単結晶半導体膜に照射して結晶化半導体膜を生成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば液晶表示装置（Liquid-Crystal-Display:ＬＣＤ）の表示画素を選択するスイッチング素子などに用いられる薄膜トランジスタ（Thin-Film-Transistor：ＴＦＴ）は、非晶質シリコン（amorphous-Silicon）や多結晶シリコン（poly-Silicon）により形成されている。多結晶シリコンは、非晶質シリコンよりも電子または正孔の移動度が高い。
【０００３】
したがって、多結晶シリコンによりトランジスタを形成した場合、非晶質シリコンにより形成する場合よりも、スイッチング速度が速くなり、ひいてはディスプレイの応答が速くなる。また、ドライバ回路やＤＡＣなどの周辺ＬＳＩも、薄膜トランジスタで構成して、より高速に動作させることが可能になる。また、他の部品の設計マージンを減らせるなどの利点がある。
【０００４】
多結晶シリコンは、結晶粒の集合からなるため、例えばＴＦＴトランジスタをこれで形成した場合、チャネル領域に結晶粒界が形成され、これら結晶粒界が障壁となり、単結晶シリコンにより形成されたＴＦＴトランジスタと比べると電子または正孔の移動度が低くなる。また、多結晶シリコンを用いて夫々形成された多数の薄膜トランジスタは、チャネル部に形成される結晶粒界数が各薄膜トランジスタ間で夫々異なり、これがバラツキとなって液晶表示装置であれば表示ムラの問題となる。そこで、最近、電子または正孔の移動度を向上させ且つチャネル部における結晶粒界数のバラツキを少なくするために、少なくとも１個のチャネル領域を形成できる大きさの大粒径の結晶化シリコンを生成する結晶化方法が提案されている。
【０００５】
従来、この種の結晶化方法として、単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が所定方向に沿って一次元的に変化する位相パターンを有する光変調素子（位相シフター）を用いて、入射レーザ光をこの所定方向に沿って一次元的に変化するＶ字状の光強度分布を有するレーザ光に変調して、非単結晶半導体膜（多結晶半導体膜または非単結晶半導体膜）に照射して、上記所定方向に沿って結晶成長させることにより結晶化半導体膜を生成する技術が提案されている（たとえば非特許文献１を参照）。
【０００６】
【非特許文献１】Y. Taniguchi, etc.,“A Novel Phase-modulator for ELA-Based Lateral Growth of Si”, The Electrochemical Society's 206th Meeting, Thin Film Transistor Technologies VII (Honolulu, Hawaii)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に提案された従来の結晶化技術では、図１３（ａ）に示すように、単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が所定方向（図１３（ａ）では水平方向）に沿って一次元的に変化する位相パターンを有する光変調素子１０１を用いている。この図で、ハッチングで示す正方形の領域１０１ａが、位相変調領域であり、中心部から周辺部に向かうのに従って面積が小さくなっている。この光変調素子１０１を介して変調されたレーザ光は、結像光学系を介してその像面に、一次元的に変化するＶ字状の光強度分布を有する。具体的に、光変調素子１０１の位相変調領域１０１ａの位相変調量が６０度である場合、図１３（ｂ）において太い実線で示すＶ字状の光強度分布１０２が理論的に生成される。
【０００８】
また、光変調素子１０１の位相変調領域の位相変調量が１８０度である場合、図１３（ｂ）において太い実線で示すＶ字状の光強度分布１０３が理論的に生成され、図１３（ｂ）において細い実線で示すＶ字状の光強度分布１０４が実際に生成された。このようにして生成されたＶ字状の光強度分布を有するレーザ光を非単結晶半導体膜に照射すると、光強度分布の勾配方向に沿って結晶が成長し、図１３（ｃ）に示すように、光強度の小さい中心部から、勾配方向に沿って細長く延びる針状結晶１０５が生成される。
【０００９】
針状結晶の上にＴＦＴを作製する場合、応答速度を決定するキャリア移動度は、形成するチャネルの方向（キャリア移動の方向、もしくはソースからドレインへの方向）に依存する。即ち、図１４（ａ）に示すようにチャネルの方向（ソースＳからドレインＤへの方向）が針状結晶１１１の長手方向に平行な場合、図１４（ｂ）に示すようにチャネルの方向（ソースＳからドレインＤへの方向）が針状結晶１１１の長手方向に垂直な場合よりも高いキャリア移動度を得ることができる。これは、図１４（ｂ）に示す場合には、チャンネルを横切る結晶粒界１１１ａが存在するのに対して、図１４（ａ）に示すように、チャネルの方向が針状結晶１１１の長手方向に平行な場合、キャリアが、針状結晶１１１間の結晶粒界１１１ａにより散乱されることがないからである。
【００１０】
こうして、従来技術では、長手方向が一方向に揃った針状結晶群の上にＴＦＴを作製するため、例えばチャネルの方向が針状結晶の成長方向に対して横方向のＴＦＴと縦方向のＴＦＴとで応答速度が異なってしまう。換言すれば、従来技術では、長手方向が一方向に揃った針状結晶群の上に作製される夫々のＴＦＴの応答速度を揃えようとすると、チャネルの方向も一方向に揃える必要がある。その結果、結晶膜の所要面積が増え、トランジスタのための所要の配線が長くなり、空きスペースが増え、レイアウトの試行錯誤が増えて設計に時間がかかり、回路を設計する上で大きな制約になる。
【００１１】
本発明は、チャネルの方向を一方向に揃えなくても一定の応答速度を有するＴＦＴが、例えば、作製可能な針状結晶または針状結晶群を生成することのできる結晶化装置、結晶化方法、並びに光学変調素子を提供することを第１の目的とする。本発明の第２の目的は、チャネルの方向を一方向に揃えなくても一定の応答速度を有するＴＦＴ、等の半導体デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光強度分布を有する光を被照射面に照射する光照射装置であって、
入射光の位相を変調して射出するための光変調素子と、
前記光変調素子と前記被照射面との間に配置されて、前記被照射面を前記光強度分布を有する光で照射するように前記射出された光を結像させるための結像光学系とを具備し、
前記光変調素子は、第１面積率変化構造と第２面積率変化構造とを含む複数の面積率変化構造を単位領域内に有し、前記第１面積率変化構造は、占有面積の比率が第１方向に沿って変化する少なくとも１つの第１の位相変調領域を有し、前記第２面積率変化構造は、占有面積の比率が前記第１方向とは異なる第２方向に沿って変化する少なくとも１つの第２位相変調領域を有する光照射装置を提供する。
【００１３】
本発明の第２形態では、光強度分布を有する光を被照射面に照射する光照射装置であって、
入射光を変調するための光変調素子と、
前記光変調素子と前記被照射面との間に配置されて、前記被照射面上に前記光強度分布を形成するための結像光学系とを具備し、
前記光変調素子は、第１方向に沿って光強度が変化する第１光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも１つの第１変調領域と、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って光強度が変化する第２光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも１つの第２変調領域とを少なくとも含む複数の変調領域を有する光照射装置を提供する。
【００１４】
本発明の第３形態では、入射光の位相を変調する光変調素子と、該光変調素子と被照射面との間に配置された結像光学系とを用いて、所定の光強度分布を有する光を前記被照射面に照射する光照射方法であって、
前記光変調素子として、単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が第１方向に沿って変化する少なくとも１つの第１面積率変化構造と、単位領域における位相変調領域の占有面積の比率が前記第１方向とは異なる第２方向に沿って変化する少なくとも１つの第２面積率変化構造とを少なくとも有する光変調素子を用いる光照射方法を提供する。
【００１５】
本発明の第４形態では、入射光を変調する光変調素子と、該光変調素子と被照射面との間に配置された結像光学系とを用いて、所定の光強度分布を有する光を前記被照射面に照射する光照射方法であって、
前記光変調素子として、第１方向に沿って光強度が変化する第１光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも１つの第１変調領域と、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って光強度が変化する第２光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも１つの第２変調領域とを少なくとも有する光変調素子を用いる光照射方法を提供する。
【００１６】
本発明の第５形態では、第１形態または第２形態の光照射装置と、非単結晶半導体膜を、これの照射面が前記被照射面となるように、保持するためのステージとを備え、前記非単結晶半導体膜の照射面に前記光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜にする結晶化装置を提供する。
【００１７】
本発明の第６形態では、第１形態または第２形態の光照射装置、あるいは第３形態または第４形態の光照射方法を用いて、前記被照射面に保持された非単結晶半導体膜の少なくとも一部に前記光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜にする結晶化方法を提供する。
【００１８】
本発明の第７形態では、第６形態の結晶化方法を用いて製造された半導体デバイスを提供する。
【００１９】
本発明の第８形態では、入射光の位相を変調する光変調素子であって、
単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が第１方向に沿って変化する少なくとも１つの第１面積率変化構造と、単位領域における位相変調領域の占有面積の比率が前記第１方向とは異なる第２方向に沿って変化する少なくとも１つの第２面積率変化構造とを含む複数の面積率変化構造を具備する光変調素子を提供する。
【００２０】
本発明の第９形態では、入射光を変調する光変調素子であって、
第１方向に沿って光強度が変化する第１光強度分布を被照射面の一部に生成する少なくとも１つの第１変調領域と、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って光強度が変化する第２光強度分布を前記被照射面の他部に生成する少なくとも１つの第２変調領域とを具備する光変調素子を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の結晶化装置では、チャネルの方向を一方向に揃えなくても一定の応答速度を有するＴＦＴなどの素子が例えば、作製可能な針状結晶群を生成することができる。その結果、結晶膜の所要面積が小さく抑えられ、所要の配線が短くなり、空きスペースが小さく抑えられ、レイアウトの試行錯誤を要することなく迅速な設計が可能になり、ひいては回路の設計の自由度が増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。図２は、図１の照明系の内部構成を概略的に示す図である。図１および図２を参照すると、本実施形態の結晶化装置は、入射光束を位相変調して所定の光強度分布を有する光束を形成するための位相シフターのような光変調素子１と、光変調素子１を照明するための照明系２と、結像光学系３と、非単結晶シリコンなどの半導体の膜を有する被処理基板４を保持するための基板ステージ５とを備えている。
【００２３】
光変調素子１の構成および作用については後述する。照明系２は、たとえば３０８ｎｍの波長を有するレーザ光を供給するＸｅＣｌエキシマレーザ光源２ａを備えている。代わって、光源２ａとして、ＫｒＦエキシマレーザ光源やＹＡＧレーザ光源のように、被処理基板の照射領域を溶融するエネルギー光線を出射する性能を有する他の適当な光源を用いることもできる。光源２ａから供給されたレーザ光は、ビームエキスパンダ２ｂにより断面が拡大された後、第１フライアイレンズ２ｃに入射する。
【００２４】
この結果、第１フライアイレンズ２ｃの後側焦点面には複数の小光源が形成され、これらの複数の小光源からの光束は、第１コンデンサー光学系２ｄを介して、第２フライアイレンズ２ｅの入射面を重畳的に照明する。その結果、第２フライアイレンズ２ｅの後側焦点面には、第１フライアイレンズ２ｃの後側焦点面よりも多くの複数の小光源が形成される。第２フライアイレンズ２ｅの後側焦点面に形成された複数の小光源からの光束は、第２コンデンサー光学系２ｆを介して、光変調素子１を重畳的に照明する。
【００２５】
第１フライアイレンズ２ｃと第１コンデンサー光学系２ｄとで、第１ホモジナイザが構成されている。この第１ホモジナイザにより、光源２ａから射出されたレーザ光について、光変調素子１上での入射角度に関する均一化が図られる。また、第２フライアイレンズ２ｅと第２コンデンサー光学系２ｆとで、第２ホモジナイザが構成されている。この第２ホモジナイザにより、第１ホモジナイザからの入射角度が均一化されたレーザ光について、光変調素子１上での面内各位置での光強度に関する均一化が図られる。
【００２６】
こうして、照明系２は、全体に渡ってほぼ均一な強度の光強度分布を有するレーザ光により光変調素子１を照射する。光変調素子１により光変調（位相変調）されたレーザ光は、結像光学系３を介して、被処理基板４に入射する。ここで、結像光学系３の光学的に共役な位置に、光変調素子１の位相パターン面と被処理基板４とが配置されている。換言すれば、被処理基板４の被照射面は、光変調素子１の位相パターン面と光学的に共役な面（結像光学系３の像面）に設定されている。
【００２７】
結像光学系３は、光源側の正レンズ群３ａと、被処理基板側の正レンズ群３ｂと、これらのレンズ群の間に配置された開口絞り３ｃとを備えている。開口絞り３ｃの開口部（光透過部）の大きさ（ひいては結像光学系３の像側開口数）は、被処理基板４の半導体膜上（被照射面上）において所要の光強度分布を発生させるように設定されている。結像光学系３は、このような屈折型の光学系以外に、反射型の光学系であってもよいし、屈折反射型の光学系であってもよい。
【００２８】
一例として、被処理基板４は、たとえば液晶ディスプレイ用板ガラス基板の上に、化学気相成長法（ＣＶＤ）により、下地絶縁膜、非単結晶膜例えば非晶質シリコン膜、およびキャップ膜が順次形成されたものである。下地絶縁膜およびキャップ膜は、絶縁膜例えばＳｉＯ2である。下地絶縁膜は、非晶質シリコン膜とガラス基板が直接接触して、ガラス基板中のＮａなどの異物が非晶質シリコン膜に混入するのを防止し、非晶質シリコン膜の熱が直接ガラス基板に伝熱されるのを防止する。
【００２９】
非晶質シリコン膜は、結晶化される半導体膜である。キャップ膜は、非晶質シリコン膜に入射する光ビームの一部により加熱され、この加熱された温度を蓄熱する。この蓄熱効果は、光ビームの入射が遮断されたとき、非晶質シリコン膜の被照射面において高温部が相対的に急速に降温するが、この降温勾配を緩和させ、大粒径の横方向の結晶成長を促進させる。被処理基板４は、真空チャックや静電チャックなどにより基板ステージ５上において予め定められた所定の位置に位置決めされて保持される。
【００３０】
図３（ａ）ないし図３（ｃ）は、本実施形態にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、図３（ａ）は、光変調素子の基本パターンである帯状パターンを、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す帯状パターンの集合からなる面積率変化構造を、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す面積率変化構造により生成される光強度分布を示している。帯状パターン１０は、図３（ａ）において破線で示すように、水平方向に沿って互いに隣接するように一列に並んだ９個（一般には複数であれば、任意の数）の同面積の正方形状の単位セル（単位領域）１０ａを備えている。各単位セル１０ａは、０度の基準位相値を有する基準位相領域（図中空白部で示す）１０ａａと、所定の値の変調用位相値を有する矩形状、例えば正方形の位相変調領域（図中斜線部で示す）１０ａｂとを有する（この例では、右端の単位セル１０ａのみは位相変調領域１０ａｂを有していない）。
【００３１】
単位セル１０ａにおける位相変調領域１０ａｂの占有面積の比率（デューティ）Ｄは、０％〜５０％の間で変化している。具体的には、帯状パターン１０の図中左端の単位セル１０ａにおける位相変調領域１０ａｂの占有面積比率Ｄは５０％であり、図中右端の単位セル１０ａにおける位相変調領域１０ａｂの占有面積比率Ｄは０％であり（位相変調領域１０ａｂが存在しないため）、その間において位相変調領域１０ａｂの占有面積比率Ｄは単調に変化している。ここで、占有面積比率Ｄは、単位セル１０ａにおける位相変調領域１０ａｂの占有面積の比率と、単位セル１０ａにおける基準位相領域（位相変調量が０度の位相変調領域）１０ａａの占有面積の比率とのうち、小さい方の値として定義される。また、単位セル１０ａは、結像光学系３の像面換算で、例えば１μｍ×１μｍの大きさを有し、結像光学系３の点像分布範囲以下の寸法を有する。
【００３２】
面積率変化構造１１は、図３（ｂ）に示すように、図中水平方向に沿って互いに隣接するように一列に並んだ９個の単位セル１０ａを含む図３（ａ）に示すような帯状パターン１０を、図中鉛直方向に沿って９個（１つもしくは複数）有する。この面積率変化構造１１では、９個の帯状パターン１０における占有面積比率Ｄの変化の形態は、互いに同じである。図３（ｂ）において一点鎖線で示す正方形１１ａは、９×９個の格子構造を有する面積率変化構造１１の外形を示している。
【００３３】
１つもしくは複数の上記のような面積率変化構造１１を有する光変調素子１を用いる場合、結像光学系３の像面に生成される光強度Ｉは、以下の式（１）で表される。式（１）において、Ｄは単位セル１０ａにおける位相変調領域１０ａｂの占有面積比率（即ち、０〜０．５）であり、θは位相変調領域１０ａｂの位相変調量である。位相変調量θは、波面が光の進行方向に突出する場合を正と定義している。
Ｉ＝（２−２cosθ）Ｄ2−（２−２cosθ）Ｄ＋１      （１）
【００３４】
式（１）を参照すると、位相変調領域１０ａｂの占有面積比率Ｄが０％から５０％の範囲内では増大するにつれて、結像光学系３の像面の対応する位置に生成される光強度Ｉが減少することがわかる。したがって、図３（ｃ）に示すように、この面積率変化構造１１に対応して結像光学系３の像面に生成される光強度分布は、面積率変化構造１１の外形を規定する正方形１１ａの図中左端に対応する位置から図中右端に対応する位置に向かって光強度Ｉが一次元的に単調増加するパターンとなる。本実施形態では、このように、光強度Ｉがほぼ線形的に変化するように、帯状パターン１０における占有面積比率Ｄの変化が設定されている。
【００３５】
図４は、本実施形態にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、繰り返しパターンを有する光変調素子を概略的に示している。図４を参照すると、光変調素子１の各繰り返しパターン１２は、隣り合う４つの面積率変化構造１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび１２ｄにより構成され、第１ないし第４面積率変化構造１２ａ〜１２ｄと同様に正方形の外形形状を有する。各繰り返しパターン１２の第１の面積率変化構造１２ａは、図３（ｂ）に示す面積率変化構造１１と同じ向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Ｄが図中水平方向に沿って右端から左端へ増大する形態を有する。
【００３６】
第２面積率変化構造１２ｂは、第１面積率変化構造１２ａを図中反時計廻りに９０度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Ｄが図中鉛直方向に沿って上端から下端へ増大する形態を有する。第３面積率変化構造１２ｃは、第１面積率変化構造１２ａを図中反時計廻りに１８０度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Ｄが図中水平方向に沿って左端から右端へ増大する形態を有する。第４面積率変化構造１２ｄは、第１面積率変化構造１２ａを図中時計廻りに９０度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Ｄが図中鉛直方向に沿って下端から上端へ増大する形態を有する。
【００３７】
光変調素子１は、正方形の外形形状を有する複数の繰り返しパターン１２を縦横に且つ隙間がないように稠密に配置して構成されている。図４では、紙面の都合により、中央に配置された１つの繰り返しパターン１２と、この繰り返しパターン１２を包囲するように配置された１２個の面積率変化構造とを示しているが、実際には、例えば数ｃｍ×数ｃｍの矩形状の外形を有する光変調素子１の場合、例えば千個×千個程度の繰り返しパターン１２を含んでいる。このように、光変調素子１中の１つの繰り返しパターン１２では、位相変調領域の占有面積比率Ｄが図中水平方向に沿って変化する水平型の面積率変化構造１２ａ，１２ｃと、位相変調領域の占有面積比率Ｄが図中鉛直方向に沿って変化する鉛直型の面積率変化構造１２ｂ，１２ｄとが混在している。
【００３８】
図５は、本実施形態にかかる光変調素子により結像光学系の像面に、即ち、被処理基板４上の照射領域上に生成される光強度分布を示す図である。図５では、光変調素子１中の１つの繰り返しパターン１２に対応して結像光学系３の像面に理論的に生成される光強度分布を光強度（無変調のときの強度を１に規格化したときの光強度）の等高線の形態で示している。この光強度分布の計算に際して、光の波長を３０８ｎｍ、結像光学系３の結像倍率の大きさを１／５、結像光学系３の物体側開口数を０．１５、照明系２の開口数を０．０７５、コヒーレンスファクターすなわちσ値（照明系２の射出側開口数／結像光学系３の物体側開口数）を０．５に設定している。
【００３９】
図５を参照すると、第１面積率変化構造１２ａに対応した被処理基板４上の第１照射領域（全体領域のうち図中左下の四半分領域）１３ａには、第１面積率変化構造１２ａにおける位相変調領域の占有面積比率Ｄの変化方向に対応して、図中水平方向に沿って左端から右端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。第２面積率変化構造１２ｂに対応した被処理基板４上の第２照射領域（全体領域のうち図中右下の四半分領域）１３ｂには、第２面積率変化構造１２ｂにおける位相変調領域の占有面積比率Ｄの変化方向に対応して、図中鉛直方向に沿って下端から上端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。
【００４０】
第３面積率変化構造１２ｃに対応した被処理基板４上の第３照射領域（全体領域のうち図中右上の四半分領域）１３ｃには、第３面積率変化構造１２ｃにおける位相変調領域の占有面積比率Ｄの変化方向に対応して、図中水平方向に沿って右端から左端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。第４面積率変化構造１２ｄに対応した被処理基板４上の第４照射領域（全体領域のうち図中左上の四半分領域）１３ｄには、第４面積率変化構造１２ｄにおける位相変調領域の占有面積比率Ｄの変化方向に対応して、図中鉛直方向に沿って上端から下端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。
【００４１】
面積率変化構造１２ａ〜１２ｄに対応してそれぞれ生成される光強度分布の形態は、向きが異なるだけであり基本的には互いに同じである、ことが理解できよう。したがって、図５では、図面の明瞭化のために、第２面積率変化構造１２ｂに対応して生成される光強度分布を示す等高線だけに光強度の値を付している。このように、１つの繰り返しパターン１２に対応して生成される光強度分布では、図中水平方向に沿って光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布領域１３ａ，１３ｃと、図中鉛直方向に沿って光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布領域１３ｂ，１３ｄとが隣りあって存在している。
【００４２】
図６は、本実施形態にかかる光変調素子により被処理基板の半導体膜上に針状結晶が生成される様子を示す図である。図６では、光変調素子１の各繰り返しパターン１２に対応して被処理基板４の半導体膜上に生成される針状結晶粒を模式的に示している。図６を参照すると、第１面積率変化構造１２ａに対応した被処理基板４の第１の照射領域１３ａには、光強度の勾配方向即ち、図中水平方向に沿って左から右へと矢印１４ａで示すように細長く延びる一群の針状結晶が生成される。したがって、この領域１３ａに生成された一群の針状結晶に、矢印１４ａで示す方向、もしくはこれとは逆の方向にチャネルの方向を合わせてＴＦＴを作製することにより、応答速度の速いＴＦＴを得ることができる。
【００４３】
同様に、第２面積率変化構造１２ｂに対応した被処理基板４の第２の照射領域１３ｂには、光強度の勾配方向即ち、図中鉛直方向に沿って、即ち、上方に細長く延びる一群の針状結晶が生成され、図中矢印１４ｂで示す方向にチャネルの方向を合わせて応答速度の高いＴＦＴを作製することができる。また、第３面積率変化構造１２ｃに対応した被処理基板４の領域１３ｃには、光強度の勾配方向即ち、図中水平方向に沿って右から左へと細長く延びる一群の針状結晶が生成され、図中矢印１４ｃで示す方向にチャネルの方向を合わせて応答速度の高いＴＦＴを作製することができる。また、第４面積率変化構造１２ｄに対応した被処理基板４の第４の照射領域１３ｄには、光強度の勾配方向即ち、図中鉛直方向に沿って、即ち、下方に細長く延びる一群の針状結晶が生成され、図中矢印１４ｄで示す方向にチャネルの方向を合わせて応答速度の高いＴＦＴを作製することができる。
【００４４】
こうして、本実施形態の結晶化装置では、チャネルの方向を一方向に揃えなくても一定の応答速度を有するＴＦＴが作製可能な針状結晶群を生成することができる。その結果、空きスペースが小さく抑えられて結晶膜の所要面積が小さく抑えられ、かつ、所要の配線が短くなり、この結果、レイアウトの試行錯誤を要することなく迅速な設計が可能になり、ひいては回路の設計の自由度が増大する。
【００４５】
上述の実施形態では、水平型の第１並びに第３の面積率変化構造１２ａ，１２ｃと鉛直型の第２並びに第４の面積率変化構造１２ｂ，１２ｄとがこれらの間に隙間がなく、隣り合って混在する光変調素子１を用いて、被処理基板４上に縦に細長く延びる針状結晶群と横に細長く延びる針状結晶群とを生成している。しかしながら、本発明では、これに限定されることなく、ＴＦＴのチャネルの所望位置および所望方向に応じて、光変調素子を構成する面積率変化構造の位置、方向、ディメンジョン、並びに／もしくは数を決定することができる。換言すれば、光変調素子を構成する面積率変化構造の構成、総数、種類数、配置（位置、方向）などについて様々な変形例が可能である。
【００４６】
上述の実施形態では、隣接する２つの面積率変化構造において、占有面積比率Ｄの変化方向が互いに同じ場合もあれば、占有面積比率Ｄの変化方向が互いに異なる場合もある。また、１つの面積率変化構造に対応した被処理基板４の照射領域の特定側部分が、占有面積比率Ｄが最小（即ち、０％）の比較的高温な領域に隣接する場合もあれば、占有面積比率Ｄが最大（即ち、５０％）の比較的低温な領域に隣接する場合もある。
【００４７】
例えば、第２面積率変化構造１２ｂに対応した被処理基板４の第２の照射領域１３ｂに着目すると、この領域１３ｂの右側に隣接する領域（図示されていない隣の繰り返しパターン１２の第１面積率変化構造１２ａにより形成される第１の照射領域）の隣接近くの部分は比較的低温であり、図中左側に隣接する第１の照射領域１３ａの隣接部分は比較的高温である。
【００４８】
結晶が成長するのは、被処理基板４に対する光照射が終了して被処理基板４がある程度冷却された後である。冷却の過程で、温度分布は変化する。従って、溶融Ｓｉ中の等温度線は、照射終了直後は図５に示すような光強度の等高線と対応（一致）するが、時間の経過とともに変化する。このとき、基板やキャップ層（たとえばＳｉ０2）の熱伝導率は溶融Ｓｉの熱伝導率よりも低いので、温度分布変化は溶融Ｓｉ内の熱伝導のみを考えればよい。従って、溶融Ｓｉ内の温度分布Ｔは、以下の熱拡散方程式（２）により決定される。式（２）において、Ｄは溶融Ｓｉの熱拡散定数であり、ｘ，ｙは溶融Ｓｉ面内の座標であり、ｔは時間である。
【００４９】
【数１】
2007258685.tif 000003
【００５０】
式（２）を参照すると、温度の座標に関する二次微分値（右辺）が正のときに温度は上昇し、負のときに温度は低下することがわかる。即ち、温度を縦軸に、位置を横軸にした図７に示した等温度線（照射終了直後は光強度の等高線と一致）の表記に即して考えると、等温度線が凹になっている箇所（即ち、谷状の箇所）では温度は上昇し、等温度線が凸になっている箇所（即ち、尾根状の箇所）では温度は低下することが分かる。実際の温度変化は、この様な微小変化が時間的に積算されて決定されるが、概ねこの傾向となる。例として光強度が０．８の等高線に対応する等温度線が、所定の時間の後に変化した様子を等温度線１５で示す。図７に示すように、第２面積率変化構造１２ｂに対応した被処理基板４の第２の照射領域１３ｂにおいて、等温度線１５は熱伝導の影響により光強度０．８の等高線とは一致することなく、ある程度崩れた形状になり易い。
【００５１】
一方、結晶の成長は、等温度線に垂直な方向に進行するという性質がある。そのため、図中左端に概略的に細長い矩形で示す針状結晶１６ａは、成長するのに従って高温側（図中左側）へ近づく方向に湾曲する傾向がある。同様に、図中右端から二番目に示す針状結晶１６ｂは、低温側（図中右側）から離れる方向に湾曲する傾向がある。また、針状結晶１６ｂは、低温側から成長してくる図中右端の針状結晶１６ｃと衝突して、結晶の成長が途中で妨げられる可能性がある。このように、上述の実施形態では、針状結晶の成長方向や成長距離が乱れる可能性があり、その場合には針状結晶１６ａと１６ｂとの間の一群の針状結晶１６ｄしか有効利用することができない。
【００５２】
図８（ａ）ないし図８（ｃ）は、本実施形態の変形例にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、図８（ａ）は第１帯状パターンを、図８（ｂ）は第２帯状パターンを、図８（ｃ）は、図８（ａ）に示す第１帯状パターンと図８（ｂ）に示す第２帯状パターンとの集合からなる面積率変化構造を示している。図８（ａ）に示す第１または中心側帯状パターン２０は、図３（ａ）に示す帯状パターン１０と基本的に同じ構成を有する。一方、図８（ｂ）に示す第２または端側帯状パターン２１は、第１帯状パターン２０と類似した構成を有するが、占有面積比率Ｄの変化の形態が第１帯状パターン２０と実質的に異なっている。
【００５３】
具体的には、第２帯状パターン２１の図中左端から１番目および２番目の単位セル２１ａ，２１ｂ（図中破線で示す正方形の単位領域）は、第１帯状パターン２０の図中左端から１番目および２番目の単位セル２０ａ，２０ｂとそれぞれ同じ構成を有する。第２帯状パターン２１の図中左端から３番目、４番目、５番目、６番目、７番目および８番目の単位セルは、第１帯状パターン２０の図中左端から４番目、５番目、６番目、７番目、８番目および９番目（即ち、右端）の単位セルとそれぞれ同じ構成を有する。第２帯状パターン２１の図中右端の単位セル２１ｉは、第１帯状パターン２０の図中右端の単位セル２０ｉと同じ構成を有する。
【００５４】
変形例における面積率変化構造２２は、図８（ｃ）に示すように、７つの第１帯状パターン２０と２つの第２帯状パターン２１とを図中鉛直方向に沿って帯状パターン相互が互いに隣接するように稠密配置することにより構成されている。さらに詳細には、一方の第２帯状パターン２１は図中上端から２番目に配置され、他方の第２帯状パターン２１は図中下端から２番目に配置されている。この変形例の場合、第１帯状パターン２０に対応して結像光学系３の像面に生成される光強度分布では、第１帯状パターン２０の図中左端に対応する位置から図中右端に対応する位置に向かって光強度Ｉがほぼ線形的に増加する。
【００５５】
これに対し、第２帯状パターン２１に対応して結像光学系３の像面に生成される光強度分布では、第２帯状パターン２１の図中左端に対応する位置から図中右端に対応する位置に向かって光強度Ｉが単調に増加するが、第１帯状パターン２０のようなほぼ線形的には変化しない。即ち、第２帯状パターン２１の図中左端から２番目の単位セル２１ｂと３番目の単位セルとの間に対応する領域では、第１帯状パターン２０の図中左端から２番目の単位セル２０ｂと３番目の単位セルとの間に対応する領域と異なる形態で光強度が変化する。
【００５６】
このように、変形例にかかる面積率変化構造２２では、９個の帯状パターンにおける占有面積比率Ｄの変化の形態は、全ては同じではない。即ち、９個の帯状パターンのうち、端部の近傍に配置された２つの第２帯状パターン２１における占有面積比率Ｄの変化の形態は、他の７つの第１帯状パターン２０における占有面積比率Ｄの変化の形態と実質的に異なっている。具体的に、第２帯状パターン２１の一部の領域（３番目の単位セル以後の単位セル）における占有面積比率Ｄは、第１帯状パターン２０において対応する領域における占有面積比率Ｄよりも小さい。その結果、上述したように、第２帯状パターン２１に対応する像面領域では、第１帯状パターン２０に対応する像面領域とは異なる形態で光強度が変化する部分領域が存在することになる。
【００５７】
図９は、本実施形態の変形例にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、繰り返しパターンを有する光変調素子を概略的に示している。図９を参照すると、変形例にかかる光変調素子１Ａの各繰り返しパターン２３は、４つの面積率変化構造２３ａ，２３ｂ，２３ｃおよび２３ｄにより構成され、面積率変化構造２３ａ〜２３ｄと同様に正方形の外形形状を有する。ここで、第１面積率変化構造２３ａは、図８（ｃ）に示す面積率変化構造２２に対応する向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Ｄが図中水平方向に沿って右端から左端へ増大する形態を有する。
【００５８】
第２面積率変化構造２３ｂは、第１面積率変化構造２３ａを図中反時計廻りに９０度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Ｄが図中鉛直方向に沿って上端から下端へ増大する形態を有する。第３面積率変化構造２３ｃは、第１面積率変化構造２３ａを図中反時計廻りに１８０度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Ｄが図中水平方向に沿って左端から右端へ増大する形態を有する。第４面積率変化構造２３ｄは、第１面積率変化構造２３ａを図中時計廻りに９０度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Ｄが図中鉛直方向に沿って下端から上端へ増大する形態を有する。図９においても図４と同様に、中央に配置された１つの繰り返しパターン２３と、この繰り返しパターン２３を包囲するように配置された１２個の面積率変化構造とだけを示している。
【００５９】
本発明の光変調素子は、複数の繰り返しパターン２３が、全て同じもしくは実質的に同じ形態である必要がなく、位相変調領域が他の繰り返しパターン２３とは異なる繰り返しパターン２３を含んでいても良いし、また、１つの繰り返しパターン２３のみを有するものでも良い。また、繰り返しパターン２３は、必ずしも４つの位相変調領域を有している必要はなく、占有面積の比率が第１方向に沿って変化する少なくとも１つの第１の位相変調領域を有し、前記第２面積率変化構造は、占有面積の比率が前記第１方向とは異なる第２方向に沿って変化する少なくとも１つの第２位相変調領域を有していれば良い。この第１方向と第２方向とは、必ずしも直交している必要はなく、任意の角度を有するように、第１の位相変調領域と第２の位相変調領域を設定することができる。
【００６０】
図１０は、図９の変形例にかかる光変調素子により結像光学系の像面に生成される光強度分布を示す図である。図１０においても図５と同様に、光変調素子１Ａ中の１つの繰り返しパターン２３に対応して結像光学系３の像面に理論的に生成される光強度分布を光強度（無変調のときの強度を１に規格化したときの光強度）の等高線の形態で示している。この変形例にかかる光強度分布の計算に際しても上述の実施形態と同様に、光の波長を３０８ｎｍ、結像光学系３の結像倍率の大きさを１／５、結像光学系３の物体側開口数を０．１５、照明系２の開口数を０．０７５、コヒーレンスファクターすなわちσ値（照明系２の開口数／結像光学系３の物体側開口数）を０．５に設定している。
【００６１】
図１０を参照すると、第１面積率変化構造２３ａに対応した被処理基板４の第１の照射領域（全体領域のうち図中左下の四半分領域）２４ａのうち、第２帯状パターン２１に対応する領域を除く領域には、第１面積率変化構造２３ａにおける位相変調領域の占有面積比率Ｄの変化方向に対応して、図中水平方向に沿って左端から右端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。第２面積率変化構造２３ｂに対応した被処理基板４上の領域（全体領域のうち図中右下の四半分領域）２４ｂのうち、第２帯状パターン２１に対応する領域を除く領域には、第２面積率変化構造２３ｂにおける位相変調領域の占有面積比率Ｄの変化方向に対応して、図中鉛直方向に沿って下端から上端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。
【００６２】
第３面積率変化構造２３ｃに対応した被処理基板４上の領域（全体領域のうち図中右上の四半分領域）２４ｃのうち、第２帯状パターン２１に対応する領域を除く領域には、第３面積率変化構造２３ｃにおける位相変調領域の占有面積比率Ｄの変化方向に対応して、図中水平方向に沿って右端から左端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。第４面積率変化構造２３ｄに対応した被処理基板４上の領域（全体領域のうち図中左上の四半分領域）２４ｄのうち、第２帯状パターン２１に対応する領域を除く領域には、第４面積率変化構造２３ｄにおける位相変調領域の占有面積比率Ｄの変化方向に対応して、図中鉛直方向に沿って上端から下端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。変形例においても、第１ないし第４面積率変化構造２３ａ〜２３ｄに対応してそれぞれ生成される光強度分布の形態は、向きが異なるだけであり基本的には互いに同じである。したがって、図１０では、図面の明瞭化のために、第２面積率変化構造２３ｂに対応して生成される光強度分布を示す等高線だけに光強度の値を付している。
【００６３】
図１１は、本実施形態の変形例において針状結晶の成長方向が安定することを模式的に説明する図である。図１１では、第２面積率変化構造２３ｂに対応した被処理基板４の第２の照射領域２４ｂにおいて、光強度が０．８の等高線に対応する等温度線２５を、太い実線で示している。ここで、領域２４ｂの図中右側に隣接する領域部分は比較的低温であり、図中左側に隣接する領域部分は比較的高温である。しかしながら、第２帯状パターン２１に対応する領域部分が、隣接する低温領域部分や高温領域部分に対する緩衝領域部分として作用するため、特に領域２４ｂの図中左端および右端を除く中央領域部分における温度分布は、隣接する低温領域部分や高温領域部分の影響を受け難い。
【００６４】
その結果、本実施形態の変形例では、図中左端に示す針状結晶２６ａは、高温側（図中左側）へ近づく方向に湾曲する傾向が抑えられる。同様に、図中右端から二番目に示す針状結晶２６ｂは、低温側（図中右側）から離れる方向に湾曲する傾向が抑えられる。また、図中右端の不要な針状結晶２６ｃは、針状結晶２６ｂと衝突することなく、結晶の成長を途中で妨げることがない。このように、本実施形態の変形例では、隣接する低温領域や高温領域の影響をあまり受けることなく針状結晶の成長方向や成長距離が安定する（良好な形状および向きの針状結晶が生成される）ので、針状結晶２６ａと２６ｂとの間の比較的広い領域に生成される一群の針状結晶２６ｄを有効利用することができる。また、場合によっては、湾曲傾向の小さい針状結晶２６ａおよび２６ｂも有効利用することができる。
【００６５】
上述の変形例では、図８（ｃ）に示す面積率変化構造２２において、一方の第２または端側帯状パターン２１が図中上端から２番目に配置され、他方の第２または端側帯状パターン２１が図中下端から２番目に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、第２帯状パターンにおける位相変調領域の占有面積比率の変化の形態、面積率変化構造の端部またはその近傍に配置されるべき第２帯状パターンの位置、数などについて様々な構成が可能である。例えば、上記変形例では、面積率変化構造２２の両端側に、夫々１つの端側帯状パターン２１が配設されているが、少なくとも、一方の端側に少なくとも１つの端側帯状パターン２１が配設されていれば良い。
【００６６】
図１２（ａ）ないし図１２（ｅ）は、本実施形態の結晶化装置を用いて結晶化された領域に電子デバイスを作製する工程を示す工程断面図である。図１２（ａ）に示すように、透明の絶縁基板８０（例えば、アルカリガラス、石英ガラス、プラスチック、ポリイミドなどにより形成されている）の上に、下地膜８１（例えば、膜厚５０ｎｍのＳｉＮと膜厚１００ｎｍのＳｉＯ2との積層膜などの膜）および非晶質半導体膜８２（例えば、膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度のＳｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅなどの半導体の膜）およびキャップ膜８２ａ（例えば、膜厚３０ｎｍ〜３００ｎｍのＳｉＯ2膜など）を、化学気相成長法やスパッタ法などを用いて順次成膜した被処理基板５を準備する。そして、例えば、図４もしくは図９に示す光変調素子を使用した本実施形態にしたがう結晶化方法並びに装置を用いて、非晶質半導体膜８２の表面の予め定められた領域に、レーザ光８３（例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光やＸｅＣｌエキシマレーザ光など）を矢印で示すように一時的に１度もしくは複数度照射して、前述した針状結晶を成長させる。
【００６７】
こうして、図１２（ｂ）に示すように、非晶質半導体膜８２の照射領域に大粒径の結晶を有する多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜（結晶化領域）８４を生成する。次に、キャップ膜８２ａをエッチングにより半導体膜８４から除去した後、図１２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜８４を例えば薄膜トランジスタを形成するための領域となる島状の半導体膜（結晶化島状領域）８５に加工し、表面にゲート絶縁膜８６として膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍのＳｉＯ2膜を化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜する。さらに、図１２（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜上の一部にゲート電極８７（例えば、シリサイドやＭｏＷなど）を形成し、ゲート電極８７をマスクにして不純物イオン８８（Ｎチャネルトランジスタの場合にはリン、Ｐチャネルトランジスタの場合にはホウ素）を半導体膜８５中に矢印で示すようにイオン注入する。その後、窒素雰囲気でアニール処理（例えば、４５０°Ｃで１時間）を行い、不純物を活性化して島状の半導体膜８５中にソース領域９１と、ドレイン領域９２を、チャネル領域９０の両側に形成する。これらチャネル領域９０は、針状結晶の成長方向に沿うようにして、キャリアが移動するように、その位置が設定されている。次に、図１２（ｅ）に示すように、全体をカバーする層間絶縁膜８９を成膜し、この層間絶縁膜８９およびゲート絶縁膜８６にコンタクト穴をあけ、ソース領域９１およびドレイン領域９２にそれぞれ接続するソース電極９３およびドレイン電極９４を形成する。
【００６８】
以上の工程において、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す工程で生成された多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜８４の大粒径結晶の平面方向の位置に合わせて、ゲート電極８７を形成することにより、チャネル９０をゲート電極８７の下に形成する。以上の工程により、多結晶トランジスタまたは単結晶化半導体に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成することができる。こうして製造された多結晶トランジスタまたは単結晶化トランジスタは、液晶表示装置（ディスプレイ）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイなどの駆動回路や、メモリ（ＳＲＡＭやＤＲＡＭ）やＣＰＵなどの集積回路などに適用可能である。本発明の被処理体は、半導体デバイスを形成するものに限定されることはなく、また、半導体デバイスも、ＴＦＴに限定されることはない。
【００６９】
上述の説明では、光変調素子として、位相変調型の光変調素子を用いて本発明を実施している。しかしながら、これに限定されることなく、所定の透過パターンを有す透過型や所定の反射パターンを有する反射型の光変調素子など、他の形式、もしくはこれらの組み合わせの光変調素子第１方向に沿って光強度が変化する第１光強度分布を被照射面上に生成する第１変調領域と、第１方向とは異なる第２方向に沿って光強度が変化する第２光強度分布を被照射面上に生成する第２変調領域とを有する光変調素子を用いて本発明を実施することができる。
【００７０】
また、上述の説明では、非単結晶半導体膜に所定の光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置および結晶化方法に本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、一般的に結像光学系を介して所定の光強度分布を所定の被照射面に形成する光照射装置に対して本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態にかかる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の照明系の内部構成を概略的に示す図である。
【図３】（ａ）ないし（ｃ）は、本実施形態にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、図３（ａ）は、光変調素子の基本パターンである帯状パターンを示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す帯状パターンの集合からなる面積率変化構造を示す図、そして、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す面積率変化構造により生成される光強度分布を示す図である。
【図４】本実施形態にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、光変調素子の繰り返しパターンを概略的に示している。
【図５】本実施形態にかかる光変調素子により結像光学系の像面に生成される光強度分布を示す図である。
【図６】本実施形態にかかる光変調素子により被処理基板の半導体膜上に針状結晶が生成される様子を示す図である。
【図７】本実施形態において針状結晶の成長方向が乱れる可能性があることを模式的に説明する図である。
【図８】（ａ）ないし（ｃ）は、本実施形態の変形例にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、図８（ａ）は第１帯状パターンを、図８（ｂ）は第２帯状パターンを、図８（ｃ）は図８（ａ）に示す第１帯状パターンと図８（ｂ）に示す第２帯状パターンとの集合からなる面積率変化構造を示している。
【図９】本実施形態の変形例にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、光変調素子の繰り返しパターンを概略的に示している。
【図１０】図９の変形例にかかる光変調素子により結像光学系の像面に生成される光強度分布を示す図である。
【図１１】本実施形態の変形例において針状結晶の成長方向が安定することを模式的に説明する図である。
【図１２】本実施形態の結晶化装置を用いて電子デバイスを作製する工程を示す工程断面図である。
【図１３】（ａ）ないし（ｃ）は、従来の結晶化技術を概略的に説明する図であり、図１３（ａ）は、単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が所定方向に沿って一次元的に変化する位相パターンを有する位相変調素子の一部を示す平面図、図１３（ｂ）は、位相変調領域の位相変調量が６０度と、１８０度との場合に生成される光強度分布を示す図、そして、図１３（ｃ）は、上記光強度分布を有するレーザ光により形成された針状結晶を概略的示す図である。
【図１４】（ａ）並びに（ｂ）は、従来の結晶化技術の不都合を概略的に説明する図であり、図１４（ａ）は、チャネルの方向が針状結晶の長手方向に平行となるように、ソースとドレインとを形成した場合を、また、図１４（ｂ）は、チャネルの方向が針状結晶の長手方向に対してほぼ垂直となるように、ソースとドレインとを形成した場合を示す。
【符号の説明】
【００７２】
１  光変調素子
２  照明系
２ａ  光源
２ｂ  ビームエキスパンダ
２ｃ，２ｅ  フライアイレンズ
２ｄ，２ｆ  コンデンサー光学系
３  結像光学系
４  被処理基板
５  基板ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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